Лекция. Сети абонентского доступа ISDN

Мультисервисные сети абонентского доступа

Часть 2

Конспект лекций

для студентов специальности

5В071900 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации

Алматы 2013

Составители: Ю.М. Гармашова, А.Д. Мухамеджанова. Мультисервисные сети абонентского доступа. Часть 2. Конспект лекций для студентов специальности 5В071900 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации. - Алматы: АУЭС, 2013.- 51 с.

Изложены конспекты одиннадцати лекций по дисциплине "Мультисервисные сети абонентского доступа". В них представлены основные понятия, принципы построения, функционирования и управления мультисервисными сетями абонентского доступа.

Ил 24, табл. 2, библиогр.- 13 назв.

Рецензент: доцент Башкиров М.П.

Печатается по плану издания некоммерческого акционерного общества "Алматинский университет энергетики и связи" на 2013 г.

©НАО "Алматинский университет энергетики и связи", 2013 г.

Введение

Цель преподавания дисциплины - изучение основ построения и функционирования мультисервисных сетей абонентского доступа.

Дисциплина рассматривает принципы построения и функционирования проводных и беспроводных мультисервисных сетей абонентского доступа, протоколы, способы передачи, применяемые в сетях. Также в дисциплине отражены все технологии, применяемые в мультисервисных сетей абонентского доступа.

Изучив основные принципы построения и функционирования мультисервисных сетей абонентского доступа, студент сможет анализировать, проектировать и эксплуатировать мультисервисные сети абонентского доступа, а также предложить оптимальные с точки зрения эксплуатации технические решения при проектировании новых сетей.

Целью преподавания дисциплины является подготовка студентов, владеющих основными принципами построения и функционирования мультисервисных сетей абонентского доступа, необходимых для решения задач телекоммуникационных сетей связи и их квалифицированной эксплуатации.

Задачами преподавания дисциплины являются овладение студентами принципами построения и функционирования мультисервисных сетей абонентского доступа, расчета параметров сетей.

Учебным планом для данной дисциплины отводится 3 кредита, всего -135 часов, из них для аудиторных занятий - 52, для самостоятельной работы – 90 час.

Кредиты	Курс	Семестр	Аудиторные занятия	Лекции	Практические занятия	Лаборат. работы	КР	Экзамен
			52 час.	1,5 (22 час.)	1 (16 час.)	0,5 (16час.)

Лекция. Основные понятия сети абонентского доступа (САД)

Цель лекции: изучение студентами основных понятий сетей абонентского доступа.

Содержание:

- основные понятия сети абонентского доступа;

- понятие абонентской линии (АЛ).

Основные понятия сети абонентского доступа

Сеть абонентского доступа (САД) - это совокупность технических средств между оконечными абонентскими устройствами, установленными в помещении пользователя, и тем коммутационным оборудованием, в план нумерации (или адресации) которого входят подключаемые к телекоммуникационной системе терминалы [1].

Модель, иллюстрирующая основные варианты построения абонентской сети, приведена на рисунке 1.1 [1]. Эта модель справедлива как для городских телефонных сетей (ГТС), так и для сельских телефонных сетей (СТС). Более того, для ГТС приведенная на рисунке 1.1 модель инвариантна к структуре межстанционной связи. Она идентична для:

- нерайонированных сетей, состоящих, только из одной телефонной станции;

- районированных сетей, которые состоят из нескольких районных АТС (РАТС), соединенных между собой по принципу "каждая с каждой";

- районированных сетей, построенных с узлами входящего сообщения (УВС) или с узлами исходящего сообщения (УИС) и УВС.

Рисунок 1.1- Основные варианты построения абонентской сети

Модель, показанная на рисунке 1.1, может считаться универсальной в отношении типа коммутационной станции. В принципе, она одинакова как для ручной телефонной станции, так и для самой современной цифровой системы распределения информации. Более того, данная модель инвариантна к виду интерактивной сети, например, телефонной или телеграфной [1].

Магистральный участок АЛ (Direct service area) - участок абонентской линии от линейной стороны кросса или вводно-коммутационного устройства местной станции, концентратора или иного выносного модуля до распределительного шкафа, включая участки межшкафной связи. Магистральному участку АЛ соответствует термин "Main cable". Магистральным участком считается также зона прямого питания, в пределах которой для построения абонентской сети распределительные шкафы не используются. Зона прямого питания занимает территорию, примыкающую к телефонной станции в радиусе примерно до 500 метров.

Распределительный участок АЛ - участок абонентской линии от распределительного кабельного шкафа до абонентского пункта. Этому участку АЛ - в зависимости от структуры сети доступа - соответствуют термины "Primary distribution cable" и "Secondary distribution cable". А часть площади, занимаемой распределительным участком, называется обычно "Cross-connection area".

Абонентская проводка - участок абонентской линии от распределительной коробки до розетки включения оконечного абонентского телефонного устройства. В англоязычной технической литературе используются два термина:

- "Subscriber's lead-in" - участок от распределительной коробки до помещения абонента;

- "Subscriber's service line" - участок от распределительной коробки до телефонного аппарата.

Кросс, ВКУ - оборудование стыка станционных и линейных участков абонентских и соединительных линий городских, сельских и комбинированных телефонных сетей. Этот элемент сети доступа в англоязычной технической литературе называется "Main distribution frame"; часто используется аббревиатура MDF.

Кабельный распределительный шкаф (ШР) - оконечное кабельное устройство, предназначенное для установки кабельных боксов (с плинтами, без элементов электрической защиты), в которых осуществляются соединения магистральных и распределительных кабелей абонентских линий местных телефонных сетей. Кабельному распределительному шкафу соответствует термин "Cross-connection point". Если АЛ проходит через два ШР, то в англоязычной технической литературе - для второго шкафа - добавляют прилагательное "secondary". Кроме того, если ШР находится в специально оборудованном помещении, то он именуется как "Cabinet". В том случае, когда ШР располагается у стены здания или иного подобного места, он называется "Sub-cabinet" или "Pillar". Эти обозначения обычно указываются в скобках после функционального назначения - "Cross-connection point". В технической литературе используется еще несколько терминов, более или менее соответствующих ШР. Чаще всего встречается слово "Curb".

Абонентская распределительная коробка (РК) - оконечное кабельное устройство, предназначенное для осуществления стыка кабельных пар, включенных в плинт распределительной коробки, с однопарными проводами абонентских проводок. Distribution point (DP) - аналог термина "Абонентская распределительная коробка”.

Кабельная канализация (Duct или Cable duct) - совокупность подземных трубопроводов и колодцев (смотровых устройств), предназначенных для прокладки, монтажа и технического обслуживания кабелей связи.

Колодец (смотровое устройство) кабельной канализации(Jointing chamber или Jointing manhole) - устройство, предназначенное для прокладки кабелей в трубопроводы кабельной канализации, монтажа кабелей, размещения сопутствующего оборудования и технического обслуживания кабелей связи.

Кабельная шахта (Exchange manhole) - сооружение кабельной канализации, размещаемое в подвальном помещении телефонной станции, через которое кабели вводятся в здание станции и в котором, как правило, многопарные линейные кабели распаиваются на станционные кабели емкостью 100 пар.

Понятие абонентской линии

Абонентская линия (АЛ) - линия местной телефонной сети, соединяющая оконечное абонентское телефонное устройство с абонентским комплектом (АК) оконечной станции, концентратора или иного выносного модуля. В англоязычной технической литературе используется термин Subscriber line или просто Line [1].

Функции АЛ в существующей телекоммуникационной системе:

- обеспечение двухстороннего переноса сообщений на участке между терминалом пользователя и абонентским комплектом оконечной станции;

- обмен сигнальной информацией, необходимой для установления и разъединения соединений;

- поддержка заданных показателей качества передачи информации и надежности связи терминала с оконечной станцией.

Структурная схема и стыки оборудования абонентских линий для ГТС и СТС приведена на рисунке 1.2.

Для структурной схемы АЛ (верхняя часть рисунка 1.2) представлены три варианта подключения абонентского терминала к коммутационной станции.

Верхняя ветка данного рисунка показывает перспективный вариант подключения ТА без использования промежуточного кроссового оборудования. Кабель прокладывается от кросса до распределительной коробки, где посредством абонентской проводки осуществляется подключе-

Рисунок 1.2 - Структурная схема и стыки оборудования абонентских линий для ГТС и СТС

ние ТА.

На средней ветке рисунка изображен вариант подключения ТА по шкафной системе, когда между кроссом и распределительной коробкой размещается промежуточное оборудование. В нашей модели роль такого оборудования отведена распределительному шкафу.

В ряде случаев АЛ организуется с использованием воздушных линий связи (ВЛС). На рисунке 1.2 этот вариант показан на нижней ветке. В такой ситуации на столбе устанавливается кабельный ящик (КЯ) и вводно-выводные изоляторы. В месте размещения распределительной коробки монтируется абонентское защитное устройство (АЗУ), предотвращающее возможное влияние на ТА опасных токов и напряжений. Следует отметить, что организация АЛ или ее отдельных участков за счет строительства воздушных линий связи не рекомендуется; но в ряде случаев - это единственный вариант организации абонентского доступа.

Лекция. Основные понятия мультисервисной сети абонентского доступа (МСАД)

Цель лекции: изучение студентами основных понятий мультисервисных сетей абонентского доступа.

Содержание:

- основные определения мультисервисной сети абонентского доступа;

- технологии МСАД;

- проводные технологии.

Основные понятия МСАД

Под мультисервисной сетью абонентского доступа (МСД) понимают такую сеть, которая поддерживает передачу разнородного трафика между оконечными пользователями (системами) и транспортной сетью, используя единую сетевую архитектуру, что позволяет уменьшить разнообразие типов оборудования и применять единые стандарты [1, 2].

Архитектура и функции МСАД должны поддерживать три вида предоставляемых услуг:

- передача речи (звука, телефонная связь, речевая почта и т.д.), - передача данных (Интернет, факс, передача файлов, электронная почта, электронные платежи и т.д.);

- передача видеоинформации (видео по запросу, телепрограммы, видеоконференции и т.д.).

Концепция развития мультисервисных сетей доступа включает в себя в основном два направления:

- интенсификацию использования существующих абонентских линий;

- строительство сетей доступа с использованием новых технологий.

Технологии МСАД

Технологии, применяемые в МСАД, можно классифицировать различными способами. Один из таких способов – деление технологий на две группы в соответствии с передающей средой [1, 2]:

- проводные;

- беспроводные.

1) Проводные используют (полностью или частично) физические цепи. Это может быть витая медная пара, коаксиальный кабель, оптоволокно, проводка сетей электропитания и др. Среди них можно выделить группу технологий, использующих медные пары, которые интересны, по крайней мере, с двух точек зрения. Во-первых, они обеспечивают поддержку ряда новых инфокоммуникационных услуг. Во-вторых, используя традиционные физические цепи, эти технологии позволяют снизить затраты на модернизацию сети доступа, даже если платежеспособный спрос на новые услуги находится на низком уровне.

Технологии на базе проводных средствмогут быть распределены по следующим группам [1, 2]:

- услуги, предоставляемые абонентам телефонной сети общего пользования (ТфОП);

- технологии доступа к услугам цифровой сети с интеграцией служб (ISDN);

- технологии цифровой абонентской линии – xDSL (витая медная пара – симметричный кабель);

- технологии локальных вычислительных сетей LAN (витая пара, коаксиальный кабель и оптоволоконный кабель);

- технологии оптического доступа OAN (оптоволоконный кабель);

- технологии сетей кабельного телевидения (КТВ) (коаксиальный и оптоволоконный кабели);

- технологии сетей коллективного доступа (проводка сетей электропита­ния, проводка радиотрансляционных сетей);

В этой группе необходимо отметить также и технологии беспроводных абонентских линий в сочетании с физическими цепями (WLLх). В этом случае переход к двухпроводным физическим цепям осуществляется в некоторой точке “x”. Эти технологии чаще всего применяются в сельской местности.

Классификация технологий этой группы представлена в таблице 2.1.

2) Беспроводные - на базе средств радиосвязи, которые дополняют и расширяют возможности проводной связи и позволяют реализовать полный спектр информационных услуг: передачу телефонных сообщений, обмен данными, передачу видеоизображений.

Проводные технологии [1,2].

Рассмотрим более подробно проводные технологии, приведенные в таблице 2.1.

Телефонная сеть общего пользования (ТфОП) создавалась для предоставления услуг телефонии. Доступ або­нентов к ограниченному набору услуг ТфОП осуществляется по линиям связи на основе медных пар с помощью оборудования (телефонных и факсимильных аппаратов и модемов), функционирующего в соответствии с алгоритмами установления телефонных соединений.

Сеть ISDN (Integrated Services Digital Network) – цифровая сеть с интеграцией служб – цифровая сеть связи с коммутацией каналов. Доступ в сетях ISDN также осуществляется по симметричному абонентскому кабелю, однако при этом набор предоставляемых услуг по сравнению с ТфОП существенно больше.

Развитие xDSL-доступа отражает развитие методов передачи сигналов по витой медной паре. Эти технологии обеспечивают доступ к широкому спектру услуг по передаче мультимедийной информации. Во­просами стандартизации, а также продвижения технологий xDSL на рынке занимаются различные международные организации (ITU, ANSI, ETSI, DAVIC, ATM Forum, ADSL Forum). Данные технологии можно разделить на подгруппы: симметричного и асимметричного xDSL-доступа. Первые находят применение главным образом в корпоративном секторе, вторые предназна-

Таблица 2.1 - Классификация проводные технологии

Проводные технологии
ТфОП	телефон факс модем ПД выделенная линия
ISDN	ISDN-BRA ISDN-PRA
Технологии ЛВС (LAN)	Семейство Ethernet	Ethernet Fast Ethernet Gigabit Ethernet
Семейство Tokeng Ring	Token Ring HSTR
Семейство FDDI	FDDI CDDI SDDI Ethernet over VDSL (EoV)
Технологии семейства xDSL	Симметричные	IDSL HDSL SDSL SHDSL MDSL MSDSL VDSL и т.д.
Асимметричные	ADSL RADSL G.Lite ADSL2 ADSL2+ VDSL и т.д.
Технологии оптического доступа	Активные сети FTTx	FTTH FTTB FTTC FTTCab и т.д.
Пассивные сети xPON	APON EPON BPON GPON и т.д.
Технологии кабельного TV	DOCSIS 1.0 DOCSIS 1.1 DOCSIS 2.0 Euro-DOCSIS J.112 IPCable-Com Packet-Cable
Технологии сетей коллективного доступа	– HPNA 1.x – HPNA 2.0 – HPNA 3.0
На основе сетей электропитания	Home Plug 1.0 specification
На основе кабельной сети	EFM

чены для предоставления услуг преимущественно индивидуальным пользователям.

Наибольший объем услуг может быть предоставлен пользователю с помощыо сетей оптического доступа OAN (Optical Access Networks) – активных (FTTH, FTTB. FTTC, FTTCab) или пассивных PON (Passive Optical Networks). Созданием и продвижением новейших технологий доступа и, в частности оптических технологий, занимается международный консорциум FSAN (Full Service Access Network).

Сети коллективного доступа (СКД) предназначены для организации отно­сительно недорогого доступа в Интернет индивидуальных пользователей, проживающих в многоквартирных домах. Идея коллективного доступа состоит в использовании существующей в домах кабельной инфраструктуры (витая медная пара, радиотрансляци­онные сети, электрическая проводка). В подключаемом к Интернету доме устанавливается концентратор трафика. Для подключения концентратора к узлу служб транспортной сети могут использоваться разные технологии (PON, FWA, спутниковые и др). Таким образом, сети коллективного доступа являются гибридными, объединяющими в себе как собственно сети коллективного доступа, так и сети, обеспечивающие транспортировку трафика.

Сети кабельного телевидения (КТВ) изначально предназначались для организации трансляции пользователям телевизионных программ по распределительным сетям на основе коаксиального кабеля и строились по однонаправленной схеме.

В начале 90-х г. были предприняты многочисленные, но неудачные попытки создания и внедрения технологий построения интерактивных сетей доступа к мультимедийным услугам на базе гибридных сетей КТВ – Hybrid Fiber Coaxial (HFC). Массовое развертывание HFC-сетей началось после появ­ления в 1997 г. стандарта DOCSIS (Data Over Cable Service Interface Specification).

Технологии LAN разрабатывались для обеспечения доступа пользователей к ресурсам локальных сетей. Для доступа пользователей к услугам других ресурсов (Интернет, корпоративные сети и т.д.) современные LAN строятся по гибридной технологии и объединяют в себе собственно LAN и сети, обеспечивающие подключение LAN к транспортным сетям.

Лекция. Сети абонентского доступа ISDN

Цель лекции: изучение студентами сети абонентского доступа ISDN.

Содержание:

- основные понятия ISDN;

- абонентская сигнализация DSS1 в ISDN.

Основные понятия ISDN

Сеть ISDN (Integrated Services Digital Network - ISDN) создается, как правило, на основе телефонной цифровой сети и обеспечивает передачу информации между оконечными устройствами в цифровом виде. При этом абонентам предоставляется широкий спектр речевых и неречевых услуг (например, высококачественная телефонная связь и высокоскоростная передача данных, передача текстов, передача теле- и видеоизображений, видеоконференцсвязь и т.д.). Доступ к услугам ISDN осуществляется через определенный набор стандартизированных интерфейсов [3, 4].

В настоящее время получили наибольшее распространение, в основном, два вида абонентского доступа к ресурсам сети ISDN:

- базовый (Basic Rate Interface - BRI) со структурой 2B+D, где В-64 кбит/с, D=16 кбит/с, групповая скорость при этом будет 144 кбит/с, при наличии канала синхронизации скорость передачи в линии может быть равной 160 кбит/с или 192 кбит/с;

- первичный (Primary Rate Interface - PRI) со структурой 30B+D, где В=64 кбит/с, D=64кбит/с, при этом скорость передачи с учетом сигналов синхронизации будет – 2048 кбит/с.

Основной доступ ISDN.Передача цифровой информации по двухпроводной медной паре в сети ISDN возможна со скоростью 160 кбит/с при нормальных условиях (длина кабеля не более 8 км при диаметре поперечного сечения 0.6 мм, или не более 4.2 км при диаметре поперечного сечения 0.4 мм). Медная пара, работающая в режиме 2B+D (144 кбит/с полезной информации) с синхронизацией и поддержкой данных (160 кбит/с общей информации), входит в состав Uk0-интерфейса. Со стороны пользователя медная пара заканчивается сетевым окончанием (network termination NT). Сетевое окончание переводит двухпроводный Uk0-интерфейс (160 кбит/с) в четырехпроводный S0-интерфейс (192 кбит/с); для случая 2B+D сетевое окончание прозрачно в обоих направлениях. Оператор сети несет ответственность за соединение от станции только до сетевого окончания, а за участок от NT до абонента отвечает абонент. S0-интерфейс - это соединительная шина, через которую ISDN-совместимое оборудование может соединяться с основной ISDN станцией через стандартный разъём (см. рисунок 3.1). Для учрежденческой станции S0-интерфейс - это точка, в которой учрежденческая станция соединяется с основной ISDN станцией (см. рисунок 3.2). Длина шины S0 не должна превышать одного километра.

Первичный ISDN доступ. Подобно основному доступу, В-каналы первичного доступа используются и переключаются индивидуально, а сиг-

Рисунок 3.1 - Основной доступ для отдельного пользователя

Рисунок 3.2 - Основной доступ для УАТС малой емкости

нальная информация (D-канальные сообщения) передаются в D-канале. Но в отличие от основного доступа, D-канал здесь используется только для передачи сигнальной информации, пакетно-ориентированные пользовательские данные должны быть отделены от сигнальной информации в учрежденческой станции и передаваться по В-каналам. Звено ИКМ, работающее как первичный доступ с 30В+D, называется Uk2pm интерфейсом или Uk2m интерфейсом. Окончание линии со стороны абонента оформлено как сетевое окончание (NT), где интерфейс Uk2m трансформируется в S2m интерфейс. От NT до учрежденческой станции расстояние не должно превышать одного километра.

Учрежденческая станция соединяется с ISDN станцией общего пользования посредством S2рm интерфейса. При использовании учрежденческой станции S0-интерфейс выступает как шина для подключения терминального оборудования (см. рисунок 3.3).

Абонентская сигнализация DSS1 в ISDN.

Cистема сигнализации на абонентском участке сети ISDN была названа EDSS1 (Европейская цифровая система сигнализации №1) [3, 4]. Данная система сигнализации применяется как для базового, так и для первичного

Рисунок 3.3 - Первичный доступ для УАТС средней и большой емкости

доступа. С помощью EDSS1 осуществляется установление соединения и происходит разъединение, производится заказ услуг пользователями, передача информации между абонентами.

Сигнализация “пользователь – сеть” находится в пределах трёх нижних уровней ВОС и выполняет следующие функции:

- уровень передачи данных (физический уровень, 1 уровень) обеспечивает синхронизируемую сетью передачу информации по каналам одновременно в обоих направлениях и регулирует одновременный доступ нескольких оконечных устройств к совместно используемому D -каналу;

- уровень защиты D-канала (уровень звена передачи данных, 2 уровень) обеспечивает защищённую от ошибок передачу сигнальной информации для 3 уровня и передачу пакетов данных, передаваемых в D - канале, в обоих направлениях между сетью и устройством пользователя;

- уровень коммутации D-канала (сетевой уровень, 3 уровень) обеспечивает установление и управление соединением на участке “пользователь – сеть”. Третьим уровнем заканчивается сигнализация “пользователь – сеть”.

Уровень 1 рассматривается на примере основного доступа, (см. рисунки 3.1, 3.2, 3.3). Уровень 1 по интерфейсам S0 и Uk0 осуществляет передачу сигнализации по D-каналу без управления сигнализацией.

Протокол, используемый для уровня 2 в D-канале при выполнении процедуры установления соединения, называется LAPD (Link Access Procedure on the D channel). Структура протокола ISDN или формат D-канального сообщения второго уровня, или сигнальный пакет, или сигнальная единица (см. рисунок 3.4).

Flag: Каждая сигнальная единица начинается и заканчивается флагом, он отмечает начало сигнальной единицы и её конец. Флаг - это последовательность битов: 01111110.

								байт 1 Flag
Address (первый байт)
Address (второй байт)
Control field
Information
FCS	N-2
N-1
								N Flag

Рисунок 3.4–Формат D- канального сообщения второго уровня

Address - Адресное поле состоит из двух байт. В нём определяется получатель управляющей сигнальной единицы и передатчик посланной единицы.

Control field (поле управления). Поле управления определяет тип D - канального сообщения, которое может быть командой, или ответом на команду. Поле управления может состоять из одного или двух байтов, размер его зависит от формата. Существует три типа форматов поля управления: передача информации о номере пакета (I формат), функции надзора (S формат), ненумерованная информация и функции управления (U формат).

Information информационное поле - может и не присутствовать в пакете (в этом случае пакет не несёт в себе информацию третьего уровня, а используется вторым уровнем, например, для управления звеном передачи данных), если оно присутствует, то находится за полем управления. Размер информационного поля может достигать 260 байт.

FCS (поле контрольных бит- проверочная комбинация). Ввиду того что при передаче по сети пакеты могут искажаться шумами на первом уровне, в каждом из них присутствует поле контрольных битов (Frame Check Sequence field): оно состоит из 16 проверочных битов и используется для проверки ошибок в принимаемом пакете. Если пакет принят с неправильной последовательностью проверочных битов, то он сбрасывается.

Уровень 3 отвечает за установление и управление соединением. Он готовит сообщения для передачи их вторым уровнем, подготовленная информация помещается в информационное поле D - канального сообщения. Сообщения 3 уровня - это сообщения, передаваемые между терминалами пользователя и станцией и наоборот. Третий уровень содержит процедуры для управления вызовами в режиме коммутации каналов, а также процедуры, позволяющие использовать ISDN для осуществления вызовов в режиме коммутации пакетов по D - каналу.